蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能CY

什么是蛋白質(zhì)?蛋白質(zhì)(protein)是由許多氨基酸(aminoacids)通過肽鍵(peptidebond)相連形成的高分子含氮化合物?，F(xiàn)在是1頁\一共有74頁\編輯于星期五蛋白質(zhì)研究的歷史1833年，Payen和Persoz分離出淀粉酶。1838年，荷蘭科學(xué)家G.J.Mulder引入“protein”（源自希臘字proteios，意為primary）一詞

1864年，Hoppe-Seyler從血液分離出血紅蛋白，并將其制成結(jié)晶。19世紀(jì)末，F(xiàn)ischer證明蛋白質(zhì)是由氨基酸組成的，并將氨基酸合成了多種短肽。現(xiàn)在是2頁\一共有74頁\編輯于星期五1951年,Pauling采用X（射）線晶體衍射發(fā)現(xiàn)了蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)——α-螺旋(α-helix)。1953年，F(xiàn)rederickSanger完成胰島素一級序列測定。1962年，JohnKendrew和MaxPerutz確定了血紅蛋白的四級結(jié)構(gòu)。20世紀(jì)90年代以后，隨著人類基因組計(jì)劃實(shí)施，功能基因組與蛋白質(zhì)組計(jì)劃的展開，使蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的研究達(dá)到新的高峰?，F(xiàn)在是3頁\一共有74頁\編輯于星期五蛋白質(zhì)的分子組成蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)蛋白質(zhì)的分離純化與結(jié)構(gòu)分析主要內(nèi)容：現(xiàn)在是4頁\一共有74頁\編輯于星期五蛋白質(zhì)的生物學(xué)重要性分布廣：所有器官、組織都含有蛋白質(zhì)；細(xì)胞的各個(gè)部分都含有蛋白質(zhì)。含量高：蛋白質(zhì)是生物體中含量最豐富的生物大分子，約占人體固體成分的45%，而在細(xì)胞中可達(dá)細(xì)胞干重的70%以上。1.蛋白質(zhì)是生物體重要組成成分現(xiàn)在是5頁\一共有74頁\編輯于星期五作為生物催化劑（酶）代謝調(diào)節(jié)作用免疫保護(hù)作用物質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)和存儲運(yùn)動與支持作用參與細(xì)胞間信息傳遞2.蛋白質(zhì)具有重要的生物學(xué)功能3.氧化供能現(xiàn)在是6頁\一共有74頁\編輯于星期五組成蛋白質(zhì)的元素主要有C、H、O、N和S。

有些蛋白質(zhì)含有少量磷或金屬元素鐵、銅、鋅、錳、鈷、鉬，個(gè)別蛋白質(zhì)還含有碘?，F(xiàn)在是7頁\一共有74頁\編輯于星期五

各種蛋白質(zhì)的含氮量很接近，平均為16％。由于體內(nèi)的含氮物質(zhì)以蛋白質(zhì)為主，因此，只要測定生物樣品中的含氮量，就可以根據(jù)以下公式推算出蛋白質(zhì)的大致含量：100克樣品中蛋白質(zhì)的含量(g%)=每克樣品含氮克數(shù)×6.25×100蛋白質(zhì)元素組成的特點(diǎn)現(xiàn)在是8頁\一共有74頁\編輯于星期五一、組成人體蛋白質(zhì)的20種L--氨基酸

存在自然界中的氨基酸有300余種，但組成人體蛋白質(zhì)的氨基酸僅有20種，且均屬L-α-氨基酸（甘氨酸除外）?，F(xiàn)在是9頁\一共有74頁\編輯于星期五H甘氨酸CH3丙氨酸L-氨基酸的通式RC+NH3COO-H現(xiàn)在是10頁\一共有74頁\編輯于星期五

除了20種基本的氨基酸外，近年發(fā)現(xiàn)硒代半胱氨酸在某些情況下也可用于合成蛋白質(zhì)。硒代半胱氨酸從結(jié)構(gòu)上來看，硒原子替代了半胱氨酸分子中的硫原子。硒代半胱氨酸存在于少數(shù)天然蛋白質(zhì)中，包括過氧化物酶和電子傳遞鏈中的還原酶等。硒代半胱氨酸參與蛋白質(zhì)合成時(shí)，并不是由目前已知的密碼子編碼，具體機(jī)制尚不完全清楚。現(xiàn)在是11頁\一共有74頁\編輯于星期五非極性脂肪族氨基酸極性中性氨基酸芳香族氨基酸酸性氨基酸堿性氨基酸二、氨基酸可根據(jù)側(cè)鏈結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì)進(jìn)行分類現(xiàn)在是12頁\一共有74頁\編輯于星期五(一)側(cè)鏈含烴鏈的氨基酸屬于非極性脂肪族氨基酸現(xiàn)在是13頁\一共有74頁\編輯于星期五(二)側(cè)鏈有極性但不帶電荷的氨基酸是極性中性氨基酸甲硫氨酸現(xiàn)在是14頁\一共有74頁\編輯于星期五(三)側(cè)鏈含芳香基團(tuán)的氨基酸是芳香族氨基酸現(xiàn)在是15頁\一共有74頁\編輯于星期五(四)側(cè)鏈含負(fù)性解離基團(tuán)的氨基酸是酸性氨基酸現(xiàn)在是16頁\一共有74頁\編輯于星期五(五)側(cè)鏈含正性解離基團(tuán)的氨基酸屬于堿性氨基酸現(xiàn)在是17頁\一共有74頁\編輯于星期五幾種特殊氨基酸

脯氨酸（亞氨基酸）CH2CHCOO-NH2+CH2CH2CH2CHCOO-NH2+CH2CH2現(xiàn)在是18頁\一共有74頁\編輯于星期五半胱氨酸+胱氨酸二硫鍵-HH-OOC-CH-CH2-S+NH3S-CH2-CH-COO-+NH3-OOC-CH-CH2-S+NH3S-CH2-CH-COO-+NH3-OOC-CH-CH2-SH+NH3-OOC-CH-CH2-SH+NH3HS-CH2-CH-COO-+NH3HS-CH2-CH-COO-+NH3現(xiàn)在是19頁\一共有74頁\編輯于星期五三、20種氨基酸具有共同或特異的理化性質(zhì)兩性解離及等電點(diǎn)氨基酸是兩性電解質(zhì)，其解離程度取決于所處溶液的酸堿度。等電點(diǎn)(isoelectricpoint,pI)

在某一pH的溶液中，氨基酸解離成陽離子和陰離子的趨勢及程度相等，成為兼性離子，呈電中性。此時(shí)溶液的pH值稱為該氨基酸的等電點(diǎn)。（一）氨基酸具有兩性解離的性質(zhì)現(xiàn)在是20頁\一共有74頁\編輯于星期五pH=pI+OH-pH>pI+H++OH-+H+pH<pI氨基酸的兼性離子陽離子陰離子現(xiàn)在是21頁\一共有74頁\編輯于星期五（二）含共軛雙鍵的氨基酸具有紫外吸收性質(zhì)色氨酸、酪氨酸的最大吸收峰在280nm附近。大多數(shù)蛋白質(zhì)含有這兩種氨基酸殘基，所以測定蛋白質(zhì)溶液280nm的光吸收值是分析溶液中蛋白質(zhì)含量的快速簡便的方法。芳香族氨基酸的紫外吸收現(xiàn)在是22頁\一共有74頁\編輯于星期五（三）氨基酸與茚三酮反應(yīng)生成藍(lán)紫色化合物氨基酸與茚三酮水合物共熱，可生成藍(lán)紫色化合物，其最大吸收峰在570nm處。由于此吸收峰值與氨基酸的含量存在正比關(guān)系，因此可作為氨基酸定量分析方法?，F(xiàn)在是23頁\一共有74頁\編輯于星期五四、氨基酸通過肽鍵連接而形成蛋白質(zhì)或活性肽肽鍵(peptidebond)是由一個(gè)氨基酸的-羧基與另一個(gè)氨基酸的-氨基脫水縮合而形成的化學(xué)鍵。（一）氨基酸通過肽鍵連接而形成肽現(xiàn)在是24頁\一共有74頁\編輯于星期五+-HOH甘氨酰甘氨酸肽鍵現(xiàn)在是25頁\一共有74頁\編輯于星期五肽(peptide)是由氨基酸通過肽鍵縮合而形成的化合物。兩分子氨基酸縮合形成二肽，三分子氨基酸縮合則形成三肽……肽鏈中的氨基酸分子因?yàn)槊撍s合而基團(tuán)不全，被稱為氨基酸殘基(residue)。由十個(gè)以內(nèi)氨基酸相連而成的肽稱為寡肽(oligopeptide)，由更多的氨基酸相連形成的肽稱多肽(polypeptide)?，F(xiàn)在是26頁\一共有74頁\編輯于星期五+-HOH甘氨酰甘氨酸肽鍵現(xiàn)在是27頁\一共有74頁\編輯于星期五N末端：多肽鏈中有游離α-氨基的一端C末端：多肽鏈中有游離α-羧基的一端多肽鏈有兩端：多肽鏈(polypeptidechain)是指許多氨基酸之間以肽鍵連接而成的一種結(jié)構(gòu)。現(xiàn)在是28頁\一共有74頁\編輯于星期五+-HOH甘氨酰甘氨酸肽鍵現(xiàn)在是29頁\一共有74頁\編輯于星期五N末端C末端牛核糖核酸酶現(xiàn)在是30頁\一共有74頁\編輯于星期五

蛋白質(zhì)是由許多氨基酸殘基組成、折疊成特定的空間結(jié)構(gòu)、并具有特定生物學(xué)功能的多肽。一般而論，蛋白質(zhì)的氨基酸殘基數(shù)通常在50個(gè)以上，50個(gè)氨基酸殘基以下則仍稱為多肽。現(xiàn)在是31頁\一共有74頁\編輯于星期五（二）體內(nèi)存在多種重要的生物活性肽1.谷胱甘肽(glutathione,GSH)現(xiàn)在是32頁\一共有74頁\編輯于星期五GSH過氧化物酶H2O22GSH2H2OGSSG

GSH還原酶NADPH+H+NADP+GSH與GSSG間的轉(zhuǎn)換現(xiàn)在是33頁\一共有74頁\編輯于星期五

體內(nèi)許多激素屬寡肽或多肽

神經(jīng)肽(neuropeptide)2.多肽類激素及神經(jīng)肽現(xiàn)在是34頁\一共有74頁\編輯于星期五蛋白質(zhì)的分子組成蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)蛋白質(zhì)的分離純化與結(jié)構(gòu)分析主要內(nèi)容：現(xiàn)在是35頁\一共有74頁\編輯于星期五蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)包括:

高級結(jié)構(gòu)一級結(jié)構(gòu)(primarystructure)二級結(jié)構(gòu)(secondarystructure)三級結(jié)構(gòu)(tertiarystructure)四級結(jié)構(gòu)(quaternarystructure)現(xiàn)在是36頁\一共有74頁\編輯于星期五定義:蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)指在蛋白質(zhì)分子從N-端至C-端的氨基酸排列順序。一、氨基酸的排列順序決定蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)主要的化學(xué)鍵:肽鍵，有些蛋白質(zhì)還包括二硫鍵?，F(xiàn)在是37頁\一共有74頁\編輯于星期五一級結(jié)構(gòu)是蛋白質(zhì)空間構(gòu)象和特異生物學(xué)功能的基礎(chǔ)，但不是決定蛋白質(zhì)空間構(gòu)象的唯一因素?，F(xiàn)在是38頁\一共有74頁\編輯于星期五二、多肽鏈的局部主鏈構(gòu)象為蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)分子中某一段肽鏈的局部空間結(jié)構(gòu)，即該段肽鏈主鏈骨架原子的相對空間位置，并不涉及氨基酸殘基側(cè)鏈的構(gòu)象

。定義:

主要的化學(xué)鍵：氫鍵

現(xiàn)在是39頁\一共有74頁\編輯于星期五

-螺旋(-helix)

-折疊(-pleatedsheet)

-轉(zhuǎn)角(-turn)

無規(guī)卷曲(randomcoil)

α-螺旋結(jié)構(gòu)是常見的蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)現(xiàn)在是40頁\一共有74頁\編輯于星期五α-螺旋結(jié)構(gòu)是常見的蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)現(xiàn)在是41頁\一共有74頁\編輯于星期五-折疊使多肽鏈形成片層結(jié)構(gòu)現(xiàn)在是42頁\一共有74頁\編輯于星期五-轉(zhuǎn)角和無規(guī)卷曲在蛋白質(zhì)分子中普遍存在-轉(zhuǎn)角無規(guī)卷曲是用來闡述沒有確定規(guī)律性的那部分肽鏈結(jié)構(gòu)。現(xiàn)在是43頁\一共有74頁\編輯于星期五三、多肽鏈在二級結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上進(jìn)一步折疊形成三級結(jié)構(gòu)疏水鍵、離子鍵、氫鍵和范德華力等。主要的化學(xué)鍵:整條肽鏈中全部氨基酸殘基的相對空間位置。即肽鏈中所有原子在三維空間的排布位置。定義:現(xiàn)在是44頁\一共有74頁\編輯于星期五亞基之間的結(jié)合主要是氫鍵和離子鍵。四、含有二條以上多肽鏈的蛋白質(zhì)具有四級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)分子中各亞基的空間排布及亞基接觸部位的布局和相互作用，稱為蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)。許多功能性蛋白質(zhì)分子含有2條或2條以上多肽鏈。每一條多肽鏈都有完整的三級結(jié)構(gòu)，稱為蛋白質(zhì)的亞基(subunit)。現(xiàn)在是45頁\一共有74頁\編輯于星期五由2個(gè)亞基組成的蛋白質(zhì)四級結(jié)構(gòu)中，若亞基分子結(jié)構(gòu)相同，稱之為同二聚體(homodimer)，若亞基分子結(jié)構(gòu)不同，則稱之為異二聚體(heterodimer)。血紅蛋白的四級結(jié)構(gòu)現(xiàn)在是46頁\一共有74頁\編輯于星期五五、蛋白質(zhì)的分類根據(jù)蛋白質(zhì)組成成分:單純蛋白質(zhì)結(jié)合蛋白質(zhì)=蛋白質(zhì)部分+非蛋白質(zhì)部分根據(jù)蛋白質(zhì)形狀:纖維狀蛋白質(zhì)球狀蛋白質(zhì)現(xiàn)在是47頁\一共有74頁\編輯于星期五蛋白質(zhì)的分子組成蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)蛋白質(zhì)的分離純化與結(jié)構(gòu)分析主要內(nèi)容：現(xiàn)在是48頁\一共有74頁\編輯于星期五

天然狀態(tài)，有催化活性

尿素、β-巰基乙醇

去除尿素、β-巰基乙醇非折疊狀態(tài)，無活性（一）一級結(jié)構(gòu)是空間構(gòu)象的基礎(chǔ)核糖核酸酶現(xiàn)在是49頁\一共有74頁\編輯于星期五一級結(jié)構(gòu)相似的蛋白質(zhì)具有相似的結(jié)構(gòu)及功能────────────────────────

氨基酸殘基序號胰島素───────────────

A5A6A10A30────────────────────────

人ThrSerIleThr

豬ThrSerIleAla

狗ThrSerIleAla

兔ThrGlyIleSer

牛AlaGlyValAla

羊AlaSerValAla

馬ThrSerIleAla────────────────────────現(xiàn)在是50頁\一共有74頁\編輯于星期五一些廣泛存在于生物界的蛋白質(zhì)如細(xì)胞色素(cytochromeC)，比較它們的一級結(jié)構(gòu)，可以幫助了解物種進(jìn)化間的關(guān)系。氨基酸序列提供重要的生物進(jìn)化信息現(xiàn)在是51頁\一共有74頁\編輯于星期五重要蛋白質(zhì)的氨基酸序列改變可引起疾病例：鐮刀形紅細(xì)胞貧血N-val·his·leu·thr·pro·glu·glu·····C(146)HbSβ肽鏈HbAβ肽鏈N-val·his·leu·thr·pro·val·glu·····C(146)

這種由蛋白質(zhì)分子發(fā)生變異所導(dǎo)致的疾病，稱為“分子病”?，F(xiàn)在是52頁\一共有74頁\編輯于星期五血紅素與氧結(jié)合后，鐵原子半徑變小，就能進(jìn)入卟啉環(huán)的小孔中，繼而引起肽鏈位置的變動。二、蛋白質(zhì)的功能依賴特定空間結(jié)構(gòu)現(xiàn)在是53頁\一共有74頁\編輯于星期五別構(gòu)效應(yīng)(allostericeffect)蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)的改變伴隨其功能的變化，稱為別構(gòu)效應(yīng)。二、蛋白質(zhì)的功能依賴特定空間結(jié)構(gòu)現(xiàn)在是54頁\一共有74頁\編輯于星期五協(xié)同效應(yīng)(cooperativity)一個(gè)寡聚體蛋白質(zhì)的一個(gè)亞基與其配體結(jié)合后，能影響此寡聚體中另一個(gè)亞基與配體結(jié)合能力的現(xiàn)象，稱為協(xié)同效應(yīng)。如果是促進(jìn)作用則稱為正協(xié)同效應(yīng)(positivecooperativity)如果是抑制作用則稱為負(fù)協(xié)同效應(yīng)(negativecooperativity)二、蛋白質(zhì)的功能依賴特定空間結(jié)構(gòu)現(xiàn)在是55頁\一共有74頁\編輯于星期五血紅素與氧結(jié)合后，鐵原子半徑變小，就能進(jìn)入卟啉環(huán)的小孔中，繼而引起肽鏈位置的變動。二、蛋白質(zhì)的功能依賴特定空間結(jié)構(gòu)亞基配體現(xiàn)在是56頁\一共有74頁\編輯于星期五（三）蛋白質(zhì)構(gòu)象改變可引起疾病蛋白質(zhì)構(gòu)象疾?。喝舻鞍踪|(zhì)的折疊發(fā)生錯(cuò)誤，盡管其一級結(jié)構(gòu)不變，但蛋白質(zhì)的構(gòu)象發(fā)生改變，仍可影響其功能，嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致疾病發(fā)生。這類疾病包括：人紋狀體脊髓變性病、老年癡呆癥、亨停頓舞蹈病、瘋牛病等?，F(xiàn)在是57頁\一共有74頁\編輯于星期五蛋白質(zhì)的分子組成蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)蛋白質(zhì)的分離純化與結(jié)構(gòu)分析主要內(nèi)容：現(xiàn)在是58頁\一共有74頁\編輯于星期五一、蛋白質(zhì)具有兩性電離的性質(zhì)蛋白質(zhì)分子除兩端的氨基和羧基可解離外，氨基酸殘基側(cè)鏈中某些基團(tuán)，在一定的溶液pH條件下都可解離成帶負(fù)電荷或正電荷的基團(tuán)。當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)溶液處于某一pH時(shí)，蛋白質(zhì)解離成正、負(fù)離子的趨勢相等，即成為兼性離子，凈電荷為零，此時(shí)溶液的pH稱為蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)。蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)(isoelectricpoint,pI)現(xiàn)在是59頁\一共有74頁\編輯于星期五二、蛋白質(zhì)具有膠體性質(zhì)蛋白質(zhì)屬于生物大分子之一，分子量可自1萬至100萬之巨，其分子的直徑可達(dá)1～100nm，為膠粒范圍之內(nèi)。顆粒表面電荷水化膜蛋白質(zhì)膠體穩(wěn)定的因素:現(xiàn)在是60頁\一共有74頁\編輯于星期五+++++++帶正電荷的蛋白質(zhì)－－－－－－－－帶負(fù)電荷的蛋白質(zhì)在等電點(diǎn)的蛋白質(zhì)水化膜++++++++帶正電荷的蛋白質(zhì)－－－－－－－－帶負(fù)電荷的蛋白質(zhì)不穩(wěn)定的蛋白質(zhì)顆粒酸堿酸堿酸堿脫水作用脫水作用脫水作用溶液中蛋白質(zhì)的聚沉現(xiàn)在是61頁\一共有74頁\編輯于星期五三、蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)破壞而引起變性在某些物理和化學(xué)因素作用下，其特定的空間構(gòu)象被破壞，也即有序的空間結(jié)構(gòu)變成無序的空間結(jié)構(gòu)，從而導(dǎo)致其理化性質(zhì)改變和生物活性的喪失。蛋白質(zhì)的變性(denaturation)現(xiàn)在是62頁\一共有74頁\編輯于星期五造成變性的因素:如加熱、乙醇等有機(jī)溶劑、強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、重金屬離子及生物堿試劑等。

變性的本質(zhì):——破壞非共價(jià)鍵和二硫鍵，不改變蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)在是63頁\一共有74頁\編輯于星期五

應(yīng)用舉例:臨床醫(yī)學(xué)上，變性因素常被應(yīng)用來消毒及滅菌。此外,防止蛋白質(zhì)變性也是有效保存蛋白質(zhì)制劑（如疫苗等）的必要條件。

現(xiàn)在是64頁\一共有74頁\編輯于星期五若蛋白質(zhì)變性程度較輕，去除變性因素后，蛋白質(zhì)仍可恢復(fù)或部分恢復(fù)其原有的構(gòu)象和功能，稱為復(fù)性(renaturation)?，F(xiàn)在是65頁\一共有74頁\編輯于星期五

天然狀態(tài)，有催化活性

尿素、β-巰基乙醇

去除尿素、β-巰基乙醇非折疊狀態(tài)，無活性核糖核酸酶現(xiàn)在是66頁\一共有74頁\編輯于星期五在一定條件下，蛋白疏水側(cè)鏈暴露在外，肽鏈融會相互纏繞繼而聚集，因而從溶液中析出。變性的蛋白質(zhì)易于沉淀，有時(shí)蛋白質(zhì)發(fā)生沉淀，但并不變性。蛋白質(zhì)變性后的絮狀物加熱可變成比較堅(jiān)固的凝塊，此凝塊不易再溶于強(qiáng)酸和強(qiáng)堿中。

蛋白質(zhì)沉淀蛋白質(zhì)的凝固作用(proteincoagulation)現(xiàn)在是67頁\一共有74頁\編輯于星期五四、蛋白質(zhì)在紫外光譜區(qū)有特征性吸收峰由于蛋白質(zhì)分子中含有共軛雙鍵的酪氨酸和色氨酸，因此在280nm波長處有特征性吸收峰。蛋白質(zhì)的